CN113781880A - 一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法 - Google Patents

一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法。本发明制备得到的动脉粥样硬化斑块模型以琼脂层来模拟血管外部组织结构、以具有联通孔洞结构的硅橡胶块来模拟动脉粥样硬化斑块、以塑料管在琼脂层和具有连通孔洞的硅橡胶块中形成的管道模拟动脉血管。该斑块模型模拟了血管结构与动脉粥样硬化斑块的连通孔洞结构，制备周期短，费用低，且可用于快速评价超声成像仪器、造影剂的性能等。

Description

一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法
技术领域
本发明涉及疾病模型技术领域，具体地，涉及一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法。
背景技术
动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种严重危害人类健康的疾病，其中易损斑块是急性冠脉综合征以及心脑血管疾病的基础病变。在大多数西方国家，动脉粥样硬化已成为引发疾病和死亡的首位原因。在我国其发病率呈逐年增高趋势，亦是导致患者死亡的主要疾病之一。因此，关于AS的发病机制及诊断、治疗方法的研究已成为国内外的研究热点。
研究表明急性心脑血管事件(如脑卒中)主要是由于动脉内的易损性斑块引起的，与狭窄程度无直接关系。因此，对动脉粥样硬化斑块的易损性评价成为当前研究的重点。传统的影像学技术，如超声在评价血管狭窄程度、斑块形态等方面具有较高价值，为临床诊断和治疗动脉粥样硬化提供了较好的客观依据。然而这些评价反映的是病变生物学变化的最终效应，不能实时有效地反映和预测病变的进展和变化。尽管临床上对于动脉粥样硬化斑块的研究已经累积了一定成果，然而，由于斑块存在位置的特殊性，使得传统的超声影像法不仅具有一定的不安全性，同时对于斑块的易损与否并不能作出快速判断，不能实时有效地反映和预测病变的进展和变化，远达不到临床上预测病变发生、指导个体化治疗、评价新型药物疗效等诸方面的要求。
虽然国内外的学者已经做了大量的动脉粥样硬化动物模型构建，但动物模型存在局限性。实验动物模型是在动物体上模拟和复制人类临床疾病表现，因而理想的动物模型疾病表现必须与人的临床症状一致。但由于动物与人的种属差异，动物模型表现出的某些疾病症状与人的临床症状存在差异。而为了构建动脉粥样硬化动物模型，含胆固醇膳食是常用方法，但大多数种属在给含胆固醇膳食后可引起高胆固醇血症。同时，构建动物模型资费昂贵，供应困难，周期较长，较难满足实验需要。
中国专利CN202022039242.5公开了一种动脉粥样硬化血管模型，其采用硅胶、硅凝胶为主体材料，添加不同添加剂材料，通过3D打印技术打印含有脂肪斑块、钙化斑块、纤维帽等病理结构的动脉粥样硬化血管模型，但是其仅仅适用于介入操作演示及培训练习。其并不能模拟血管结构与动脉粥样硬化斑块的结构，无法用于快速评价超声仪器、造影剂等。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种动脉粥样硬化斑块模型及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：
本发明的第一个目的是提供一种动脉粥样硬化斑块模型。
本发明的第二个目的是提供一种动脉粥样硬化斑块模型的制备方法。
本发明的第三个目的是提供所述的制备方法制备得到的动脉粥样硬化斑块模型。
本发明的第四个目的是提供所述的动脉粥样硬化斑块模型在评价超声成像仪器或造影剂性能中的应用。
本发明要求保护一种动脉粥样硬化斑块模型，包括模型主体和设置在模型主体外部的外部水凝胶层，其中模型主体内部具有空腔，空腔为联通孔洞结构，所述动脉粥样硬化斑块模型还设置有贯通主体和外部水凝胶层的管状通道结构，所述管状通道结构与空腔相连通。
优选地，所述模型主体为水凝胶、橡胶或塑料材料。
优选地，所述外部水凝胶层为琼脂水凝胶层。
本发明还要求保护一种动脉粥样硬化斑块模型的制备方法，包括如下步骤：
S1.将空心管包埋于固体颗粒中，使得空心管中部位于固体颗粒内部，空心管两端置于固体颗粒外部；
S2.将固体颗粒与空心管置于含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液中，空心管两端保持在含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液外部，并保证所有的空隙都充满了含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液，优选地,明胶的有机溶剂溶液中明胶的浓度为5％(w/v)；
S3.去除溶剂有机溶剂，在包埋空心管的固体颗粒表面形成明胶层，得到包埋空心管的固体颗粒粘连块；
S4.将包埋空心管的固体颗粒粘连块置于固化反应体系中，空心管两端保持在固化反应体系外部，进行真空处理，至固化反应体系完全渗入固体颗粒粘连块内部，并去除固化反应体系所有气泡；
S5.固化反应体系进行固化反应，得到包埋空心管的含有固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块；
S6.将包埋空心管的含有固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块置于1～3％(w/v)琼脂糖溶液，使得固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块周围均被1～3％(w/v)琼脂糖溶液包裹，且空心管两端保持在1～3％(w/v)琼脂糖溶液外部，优选地，琼脂糖溶液中琼脂糖的浓度为1％；
S7.琼脂糖凝固后，移除空心管，得到含有管状通道的包裹有琼脂层的含有固体颗粒粘连斑块的固化块；
S8.向管状通道加入纯水，溶解固体颗粒，并洗去固体颗粒，既得。
在本制备方法中，步骤S2中，明胶的有机溶剂溶液中，明胶浓度会影响固体颗粒的粘连情况：明胶浓度过低(低于3％)会导致固体颗粒无法粘连；明胶浓度过高(高于5％)会导致明胶层过厚，影响后续制备得到的动脉粥样硬化斑块模型的使用效果。
优选地，步骤S2中，所述有机溶剂为易挥发的有机溶剂(包括但不限于六氟异丙醇、2,2,2-三氟乙醇等)，以便通过干燥挥发发掉去除溶剂，形成明胶层。
在一个具体的实施例中，所述易挥发的有机溶剂为六氟异丙醇。
在本制备方法中，步骤S3中，通过干燥挥发掉去除溶剂有机溶剂。这一过程明胶层可能会出现裂纹，但是在特定浓度下的明胶的有机溶剂溶液下，并不影响后续制备得到的动脉粥样硬化斑块模型的使用效果。
在本制备方法中，步骤S8中，在在包埋空心管的固体颗粒表面形成明胶层会随着固体颗粒溶解洗去的过程中一并去除。
优选地，固体颗粒为40目～80目。
优选地，步骤S5中，所述固化反应的产物为机高分子聚合物材料，例如水凝胶、橡胶或塑料。因而，步骤S4中，固化反应体系为合成固化反应的产物所需的反应体系。
更优选地，步骤S5中，所述固化反应的产物为橡胶。
在一个具体的实施例中，步骤S5中，所述固化反应的产物硅橡胶，同时步骤S4中，固化反应体系为道康宁SYLGARD 184硅橡胶的基本组分与固化剂的混合物，基本组分与固化剂的质量比10：1，固化反应为60℃反应2h。
优选地，所述固体颗粒为能溶于水的固体颗粒。
更优选地，所述能溶于水的固体颗粒为氯化钠颗粒。
优选地，空心管为弹性体材料。
优选地，所述空心管为机高分子聚合物材料制备的，例如水凝胶、橡胶或塑料。
更优选地，所述空心管为塑料材料。
在一个实施例中，所述空心管为聚四氟乙烯材料。
优选地，所述空心管外径小于等于2cm。
更优选地，塑料管外径为5mm。
任一所述的制备方法制备得到的动脉粥样硬化斑块模型，也属于本发明的保护范围。
所述的动脉粥样硬化斑块模型在评价超声波仪器或造影剂中的应用，也属于本发明的保护范围。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备了一种动脉粥样硬化斑块模型，。本发明制备得到的动脉粥样硬化斑块模型以琼脂层来模拟血管外部组织结构、以具有联通孔洞结构的硅橡胶块来模拟动脉粥样硬化斑块、以毛细管在包裹有琼脂层的具有联通孔洞结构的硅橡胶块形成的管状通道模拟动脉血管。该斑块模型模拟了血管结构与动脉粥样硬化斑块的连通孔洞结构，制备周期短，费用低，且可用于快速评价超声仪器、造影剂等。
附图说明
图1为动脉粥样硬化斑块模型的制备流程图。
图2为多孔PDMS斑块对水的通透性测试图。
图3为多孔PDMS斑块的OCT图像。
图4为多孔PDMS斑块的SEM图像。
图5为动脉粥样硬化斑块模型的超声造影图像。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1一种动脉粥样硬化斑块模型的制备方法
一、实验方法(流程如图1)
(1)在干燥环境下，将氯化钠颗粒研磨过筛，并选用能够过40目但不能够通过80目筛子的氯化钠固体颗粒。
(2)在干燥环境下，用过筛后的氯化钠颗粒填充满容器，并确保填充紧密，并将一根塑料管的中部埋在氯化钠颗粒内部两端露出氯化钠颗粒外，其中塑料管外径为5mm，为聚四氟乙烯材料。
(3)向填充有氯化钠固体颗粒的容器滴加含有5％(w/v)明胶的六氟异丙醇(HFIP)溶液，直至含有5％(w/v)明胶的六氟异丙醇(HFIP)溶液完全没过氯化钠颗粒，并保证所有的空隙都充满了含有5％(w/v)明胶的六氟异丙醇(HFIP)溶液，且含有5％(w/v)明胶的六氟异丙醇(HFIP)溶液不要淹没塑料管的两端。
(4)将上一步含有氯化钠颗粒的容器放置在干燥且通风的环境，直至溶剂HFIP完全挥发，此时在氯化钠固体颗粒的表面覆盖了一层干燥的明胶(明胶层)，使得所有的氯化钠固体颗粒在明胶层的作用下成为一个整体，得到包埋塑料管的氯化钠粘连块。
(5)包埋塑料管的氯化钠粘连块移至另一个更大的容器中，向该容器加入预先配置的交联反应体系，使得交联反应体系完全淹没氯化钠粘连块，但是不要淹没塑料管的两端，之后真空处理30min，确保交联反应体系完全渗入氯化钠粘连块内部，并去除所有气泡，其中交联反应体系为道康宁SYLGARD 184硅橡胶的基本组分与固化剂的混合物，基本组分与固化剂的质量比10：1。
(6)将真空处理后的体系置于60℃烘箱中放置2h，得到交联好的包埋塑料管的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶。
(7)对包埋塑料管的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶进行切块，将其切成长为8mm，宽为6mm的长方体，使得氯化钠粘连斑块位于切块的中央，得到包埋塑料管的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶块。
(8)将包埋塑料管的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶块置于50℃左右的1％(w/v)的琼脂糖溶液，并保证硅橡胶块周围均被琼脂糖溶液包裹，且塑料管的两端不被淹没，塑料管的官腔内部含有琼脂糖溶液，至琼脂糖溶液凝固。
(9)移除塑料管，得到含有管状通道的包裹有琼脂层的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶块，向管状通道加入纯水，溶解氯化钠颗粒，并洗去氯化钠，即得到含有管状通道的包裹有琼脂层的具有联通孔洞结构的硅橡胶块，动脉粥样硬化斑块模型。
二、实验结果
通过所述方法可以成功制备动脉粥样硬化斑块模型。
实施例2动脉粥样硬化斑块模型的检测
一、通透性测试
1、实验方法
在一张滤纸上分别放置纯硅橡胶块——a块、实施例1的制备过程中制备的得到的包埋塑料管的含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶块(取不含有塑料管的部分，即只取含有氯化钠粘连斑块的硅橡胶块部分)——b块、与实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型(取不含有管状通道和包裹的琼脂层的部分，即只取具有联通孔洞结构的硅橡胶块部分)——c块。
分别在各个块体上面滴加1滴罗丹明染液。观察各个样品对水的通透情况。
2、实验结果
各个PDMS块的对水的通透情况如图2所示(左图是染液滴加前，右图是染液滴加后)，从染液滴加前后的图可以看出，染液无法透过a块，仅仅可以轻微透过b块，能够完全透过b块并浸湿滤纸。结果说明，实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型具有很的连通性。
二、光学相干断层扫描分析
1、实验方法
使用OCT观察实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型(取不含有管状通道和包裹的琼脂层的部分，即只取具有联通孔洞结构的硅橡胶块部分)的孔洞结构的连通性。
2、实验结果
OCT图像显示实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型的内部微观结构与截面结构(如图3)，其中图a为实物图，图b为截面图，图c与图d为不同角度的立体图。图b表明，动脉粥样硬化斑块模型内部具有相互连通的孔洞结构。
三、扫描电子显微镜分析
1、实验方法
使用SEM实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型(取不含有管状通道和包裹的琼脂层的部分，即只取具有联通孔洞结构的硅橡胶块部分)的孔洞结构的连通性。
2、实验结果
SEM图像显示了实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型的截面结构(如图4)。图像表明，动脉粥样硬化斑块模型内部形成与氯化钠颗粒性状相似的空腔，且空腔相互连通，说明动脉粥样硬化斑块模型具有连通的孔洞结构。
实验例3动脉粥样硬化斑块模型的超声造影测试
一、实验方法
使用超声仪对实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型进行超声造影测试，并观察添加超声造影剂前后的超声图像区别。
二、实验结果
动脉粥样硬化斑块模型的超声造影图像如图5所示，其中图5a(冠状面图)与图5b(矢状面图)为未添加超声造影剂的超声造影图像，图5c(冠状面图)与图5d(矢状面图)为添加超声造影剂的超声造影图像。
实施例1制备得到的动脉粥样硬化斑块模型，以琼脂层来模拟血管外部组织结构、以具有联通孔洞结构的硅橡胶块来模拟动脉粥样硬化斑块、以塑料管在包裹有琼脂层的具有联通孔洞结构的硅橡胶块形成的管状通道模拟动脉血管。
图a与b表明，未添加超声造影剂时，动脉粥样硬化斑块模型中，琼脂层与管状通道之间无明显边界，具有孔洞结构的硅橡胶块在超声下的呈现为白色虚影，且与管状通道交界处有较为明显的边界。
图c与d表明，添加超声造影剂时，超声造影剂的超声造影强度略微高于具有孔洞结构的硅橡胶块的超声造影亮度。
通过对比未添加超声造影剂与添加超声造影剂时的超声造影图像，可看出该动脉粥样硬化斑块模型添加超声造影剂的超声造影强度明显强于未添加超声造影剂时，说明该模型具有初步评估超声造影剂的能力。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动脉粥样硬化斑块模型，其特征在于，包括模型主体和设置在模型主体外部的外部水凝胶层，其中模型主体内部具有空腔，空腔为联通孔洞结构，所述动脉粥样硬化斑块模型还设置有贯通主体和外部水凝胶层的管状通道结构，所述管状通道结构与空腔相连通。
2.根据权利要求1所述的动脉粥样硬化斑块模型，其特征在于，所述模型主体为水凝胶、橡胶或塑料材料。
3.根据权利要求1所述的动脉粥样硬化斑块模型，其特征在于，所述外部水凝胶层为琼脂水凝胶层。
4.一种动脉粥样硬化斑块模型的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将空心管包埋于固体颗粒中，使得空心管中部位于固体颗粒内部，空心管两端置于固体颗粒外部；
S2.将固体颗粒与空心管置于含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液中，空心管两端保持在含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液外部，并保证所有的空隙都充满了含有3～6％(w/v)明胶的有机溶剂溶液；
S3.去除溶剂有机溶剂，得到包埋空心管的固体颗粒粘连块；
S4.将包埋空心管的固体颗粒粘连块置于固化反应体系中，空心管两端保持在固化反应体系外部，进行真空处理，至固化反应体系完全渗入固体颗粒粘连块内部，并去除固化反应体系所有气泡；
S5.固化反应体系进行固化反应，得到包埋空心管的含有固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块；
S6.将包埋空心管的含有固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块置于1～3％(w/v)琼脂糖溶液，使得固体颗粒粘连块粘连斑块的固化块周围均被1～3％(w/v)琼脂糖溶液包裹，且空心管两端保持在1～3％(w/v)琼脂糖溶液外部；
S7.琼脂糖凝固后，移除空心管，得到含有管状通道的包裹有琼脂层的含有固体颗粒粘连斑块的固化块；
S8.向管状通道加入纯水，溶解固体颗粒，并洗去固体颗粒，既得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述固化反应的产物为有机高分子聚合物材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述固体颗粒为能溶于水的固体颗粒。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，干燥挥发掉去除溶剂有机溶剂。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述空心管为外径小于等于2cm。
9.根据权利要求5到8任一所述的制备方法制备得到的动脉粥样硬化斑块模型。
10.权利要求1或9所述的动脉粥样硬化斑块模型在评价超声波仪器或造影剂中的应用。
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